LABORATORIUM FIZYCZNE		Grupa lab.: 9
Kolejny Nr ćwiczenia: 6	Nazwisko i imię: Dutkiewicz Piotr	Wydział: ETI
Symbol ćwiczenia: 54	Data odrobienia ćwiczenia: 25 - XI - 1998	Sem: 1
Temat: Badanie optoelektrycznych przyrządów półprzewodnikowych	Data oddania sprawozdania:	Grupa st. 2
	Podpis asystenta:	Ocena:

Badanie optoelektrycznych właściwości przyrządów półprzewodnikowych

1. Zasada i przebieg pomiarów

W ćwiczeniu pomiary względnej czułości widmowej wykonuje się przy użyciu światła niezmodulowanego. Zależność φ(Δλ) dla stosowanego źródła światła (przez źródło światła rozumiemy tu szczelinę wyjściową monochromatora) została ustalona wcześniej za pomocą termoogniwa. Jest podana w tabeli z wynikami.

1. Pomiar czułości widmowej

Czułość widmową w ćwiczeniu obliczamy ze wzoru:

gdzie: S(Δλ) - jest generowanym w warunkach ćwiczenia sygnałem fotoelementu.

Względną czułość widmową obliczamy ze stosunku czułości widmowej do maksymalnej czułości widmowej:

gdzie: C_max - jest maksymalną czułością fotoelementu.

1. Fotorezystora

Jako S(Δλ) w warunkach ćwiczenia przyjmuje się wartość przewodności fotorezystora przy danym oświetleniu, pomniejszoną o wartość przewodności ciemnej, tj. przewodności, kiedy fotorezystor nie jest oświetlony.

gdzie: R(Δλ) - rezystancja fotorezystora oświetlonego światłem o zakresie długości fal Δλ,

R_c - rezystancja fotorezystora nieoświetlonego.

Jednostką tak przyjętej czułości widmowej C(λ) jest
. Rezystancję fotorezystora mierzymy przy długościach fal z obszaru 400-900 [nm], w odstępach co 20 [nm].

2. Fotodiody

Jako S(Δλ) przyjmuje się tutaj wartość natężenia prądu płynącego przez fotodiodę w danych warunkach oświetlenia, pomniejszona o wartość natężenia prądu ciemnego (przy braku oświetlenia), przy stałym napięciu zasilania.

gdzie: I(Δλ) - prąd płynący przez diodę oświetloną światłem o zakresie długości fal Δλ,

I_c - prąd płynący przez diodę nieoświetloną.

Jednostką tu będzie
. W ćwiczeniu ogniwem zasilającym była bateria o napięciu 1,448 [V]. Prąd płynący przez diodę mierzymy przy długościach fal z obszaru 400-900 [nm], w odstępach co 20 [nm].

2. Pomiar średniego czasu życia nośników nadmiarowych w fotorezystorze

Układ do pomiaru średniego czasu życia nośników nadmiarowych składa się z obwodu elektrycznego zawierającego fotorezystor, ogniwo elektryczne (bateria o stałym napięciu 1,448 [V]), oraz rezystor, na którym za pomocą oscyloskopu mierzymy napięcie powstałe na skutek przewodności fotoelementu. Podczas jego oświetlania generowane są w nim nadmiarowe nośniki ładunku.

Obliczeń dokonano na podstawie wzoru:

skojarzonego z równaniem liniowym y = ax + b, w którym:

x = t, y =
, a =
, b =
, ε = 1,448[V].

2. Pomiary, obliczenia

1. Czułość widmowa

Tabela pomiarów i wyników.

				Czułość widmowa		Czułość względna
				Rezystor	Dioda	Rezystor	Dioda
λ	φ(Δλ)	R(Δλ) *10^3 [Ω]	If *10^-6[A]	C(λ) *10^6 [ ]	C(λ) *10^6 [ ]	Cw(λ)	Cw(λ)
400	0,0066	10050	0,2	15,076	30,303	0,27033	1
420	0,0235	3050	0,15	13,952	6,383	0,25017	0,21064
440	0,0609	970	0,07	16,928	1,149	0,30353	0,03793
460	0,127	415	0,09	18,974	0,709	0,34021	0,02339
480	0,229	176	0,2	24,811	0,873	0,44489	0,02882
500	0,37	48,5	0,38	55,726	1,027	0,99920	0,03389
520	0,546	34,5	0,7	53,087	1,282	0,95189	0,04231
540	0,783	22,9	1,15	55,77	1,469	1	0,04847
560	1,12	16,95	1,83	52,676	1,634	0,94452	0,05392
580	1,508	13,25	2,79	50,048	1,85	0,89739	0,06105
600	1,92	11,2	4,14	46,503	2,156	0,83383	0,07116
620	2,374	10,15	5,99	41,5	2,523	0,74413	0,08326
640	2,912	10,3	8,55	33,34	2,936	0,59782	0,09689
660	3,66	11,7	11,43	23,352	3,123	0,41873	0,10306
680	4,42	15,85	15,37	14,274	3,477	0,25594	0,11475
700	5,35	22,55	20,11	8,289	3,759	0,14863	0,12404
720	6,32	36,15	25,4	4,377	4,019	0,07848	0,13263
740	7,35	59,3	31,4	2,294	4,272	0,04114	0,14098
760	8,52	101,35	38,45	1,158	4,513	0,02077	0,14893
780	9,86	168	46,85	0,604	4,752	0,01082	0,15680
800	11,1	265	54,05	0,34	4,869	0,00610	0,16069
820	12,55	485	60,25	0,164	4,801	0,00295	0,15843
840	13,83	676	65	0,107	4,7	0,00192	0,15510
860	15,15	911	69	0,072	4,554	0,00130	0,15030
880	16,65	1206	68,95	0,05	4,141	0,00089	0,13666
900	18,01	1499	64,6	0,037	3,587	0,00066	0,11837
	Element maksymalny:			55,77	30,303

1. Fotorezystor

Ponieważ rezystancja R_c jest bardzo duża, że dysponowanym miernikiem nie można było jej określić, przyjęto że
. Wzór zredukowano więc do postaci:

Czułość widmową obliczano ze wzoru . Czułość względną zaś ze wzoru .

Przykład obliczeń:

C_max =55,77

, więc

2. Fotodioda

Ponieważ prąd I_c jest bardzo mały, że dysponowanym miernikiem nie można było jego zmierzyć, przyjęto że
. Wzór zredukowano więc do postaci:

Czułość widmową obliczano ze wzoru . Czułość względną zaś ze wzoru .

Przykład obliczeń:

C_max =30,303

, więc

3. 
   Wykres

2. Czas życia nośników

	xi = t [s]	U(t) [V]	yi
1	0	0,23	1,666886
2	0,002	0,15	2,157945
3	0,004	0,12	2,403938
4	0,006	0,105	2,548701
5	0,008	0,09	2,713959
6	0,01	0,07	2,979893
7	0,012	0,06	3,141275
8	0,014	0,05	3,330775
9	0,016	0,045	3,439706
10	0,018	0,045	3,439706

Tabela pomiarów i wyników:

Wartości x i y są elementami wzoru .




Mając dany zbiór wartości (x_i, y_i), to współczynniki a i b równania można określić stosując metodę regresję liniową z wykorzystaniem metody najmniejszych kwadratów.


,



,
,
,
,
,


,


Ostatecznie otrzymujemy:

a = 95,77438 , b = 1,920309

Średni czas życia nośników nadmiarowych obliczmy jako: τ = 1/a , więc:




3. Analiza błędów

Błąd względny określenia czasu życia jest uwarunkowany błędem wyznaczenia współczynnika kierunkowego a . Korzystamy więc ze wzoru:
. bezwzględny błąd wyznaczenia współczynnika kierunkowego a znajdujemy jako Δa = S_a.




Ostatecznie po podstawieniu i wyliczeniu:

Δa = 7,34585







6




---